STM32和51单片机寄存器映射原理异同分析

许多人在学习高性能单片机STM32时通常对其寄存器映射原理理解不透彻,会影响后续的寄存器编程和固件库编程,甚至会放弃对STM32单片机的学习。笔者认为其原因是没有将51单片机和STM32结合起来学习。文章以此为出发点,将STM32的寄存器映射原理,与51单片机的寄存器映射原理进行比较、分析,从而更好地理解STM32单片机的寄存器映射原理。

基于基地址寄存器映射的数据缓存研究

针对深流水线中加载指令的延时长和功耗高的问题,提出一种基于基地址寄存器映射的数据缓存访问方法。该方法在加载指令执行过程中,动态构建基地址寄存器与目标数据的局部性访问历史,并通过设计基地址寄存器跟踪缓存器,在指令译码后直接获得目标数据,从而加速加载指令的数据获取过程,减少地址计算和对高速缓存的访问。测试结果表明,该方法的处理器性能平均提高约3.7%,数据高速缓存功耗平均降低约18.7%。

动态二进制翻译中全寄存器直接映射方法

二进制翻译是不同体系结构之间软件移植的重要手段。体系结构和硬件环境上的差别,可以通过二进制翻译系统来弥补,在翻译过程中往往使用多条本地指令模拟一条目标指令,翻译代码规模随之显著增加,从而导致被翻译程序的执行效率下降。寄存器作为处理器和内存交换信息的重要存储部件,寄存器的模拟器方式对于程序的性能有着至关重要的影响。为了提高特定平台翻译后代码的执行效率,提出了在动态二进制翻译机制中使用全部寄存器直接映射方法,详细分析了二进制翻译中的上下文切换原理和寄存器访问范围,为异构平台之间寄存器直接映射提供方法指导。利用QEMU模拟器,把x86架构的8个通用寄存器全部的直接映射到MIPS架构的对应寄存器,在此基础上,进行大量的指令翻译规则的简化。实验数据表明,该方法可以有效简化指令翻译,降低代码膨胀率,使得SPEC CINT 2000测试程序在龙芯CPU上翻译后代码运行时间下降了30%-40%。

基于静态寄存器分配的系统仿真协同优化方法

针对X86系统仿真中基于静态寄存器分配的代码翻译机制导致的目标代码膨胀率高、翻译引擎和执行引擎间切换开销大两方面问题,提出了以寄存器映射、自定义指令和影子寄存器为基础的软硬协同优化方法。寄存器映射优化将对内存中模拟的源机器寄存器的操作转化为对本地机器寄存器操作,降低了翻译后目标代码膨胀率;自定义指令和影子寄存器优化将引擎切换时上下文的备份和恢复操作简化为2条自定义指令,提升了引擎切换效率。相比协同优化前,X86仿真系统Linux-0.2的翻译后目标代码膨胀率降低了21.9%,开关机时间获得了1.35的加速比。测试结果表明了该协同优化方法对于提升系统仿真效率具有可行性和有效性。

基于中间表示规则替换的二进制翻译中间代码优化方法

动态二进制翻译在实现多源到多目标的程序翻译过程中,为屏蔽不同源平台间的硬件差异引入中间代码,采用内存虚拟策略进行实现,但同时带来中间代码膨胀问题。传统的中间代码优化方法主要采用对冗余指令进行匹配删除的方法。将优化重点聚焦在针对特殊指令匹配的中间表示规则替换上,提出了一种基于中间表示规则替换的二进制翻译中间代码优化方法。该方法针对中间代码膨胀所呈现的几种典型情景,描述了中间表示替换规则,并将以往应用在后端代码优化上的寄存器直接映射策略应用在此处。通过建立映射公式,实现了将原来的内存虚拟操作替换为本地寄存器操作,从而降低了中间代码膨胀率。使用SPEC CPU2006测试集进行了实验,验证了此优化方法的正确性和有效性。测试用例在优化前和优化后的执行结果一致,验证了优化方法的正确性;优化后测试用例的中间代码平均缩减率达到32.59%,验证了优化方法的有效性。

X86系统仿真中软硬协同标志位处理优化方法

为有效降低X86源指令集体系结构标志位的模拟开销,针对软件X86系统仿真中的动态二进制翻译过程,提出了以寄存器直接映射技术为基础的、由自定义指令控制模拟标志寄存器读写的软硬协同标志位处理优化方法。该方法能够有效降低翻译后目标代码膨胀率,提高翻译后目标代码执行效率。测试结果表明,该协同设计能够正确完成带标志位操作的X86指令翻译、模拟标志寄存器的读取与修改,在Linux-0.2操作系统启动过程测试集下,翻译后目标代码膨胀率相对优化前降低了29.6%。

基于WDM模型的分散/集聚DMA驱动程序设计

论述了如何使用Windows DDK开发PCI卡Scatter/Gather(分散/集聚)DMA数据传输驱动程序.同时,对分糊集聚的特点、驱动程序的初始化、硬件设备资源映射、映射寄存器的作用、内存访问、中断处理等作了深入的研究.